CN221200270U - 异常姿态检测系统和割草机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种异常姿态检测系统和割草机器人，涉及电力电子技术领域。该系统包括：第一霍尔检测模块、第二霍尔检测模块和加速度检测模块；当第一前轮结构的伸缩量达到第一霍尔检测模块的触发值时，第一霍尔检测模块被触发；当第二前轮结构的伸缩量达到第二霍尔检测模块的触发值时，第二霍尔检测模块被触发；当第一霍尔检测模块和第二霍尔检测模块均被触发时，则判定割草机器人处于异常姿态；当加速度检测模块检测到割草机器人的倾角大于最大倾角时，则判定割草机器人处于异常姿态。本申请能够检测多种情况导致的异常姿态，使设备抬起或倾倒检测更加可靠。

Description

异常姿态检测系统和割草机器人

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种异常姿态检测系统和割草机器人。

背景技术

在机器人技术飞速发展的今天，割草机器人的应用市场日趋扩大。割草机器人的刀盘在运行中处于高速旋转的状态，若是机器人发生抬起、倾倒或侧翻等情况，刀盘存在伤人风险。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种异常姿态检测系统和割草机器人。

第一方面，本申请实施例提供了一种异常姿态检测系统，应用于割草机器人，所述割草机器人包括第一前轮结构、第二前轮结构、第一后轮结构和第二后轮结构，其中，所述第一前轮结构和所述第二前轮结构上下可伸缩，所述第一后轮结构和所述第二后轮结构不可伸缩；

所述系统包括第一霍尔检测模块、第二霍尔检测模块和加速度检测模块；所述第一霍尔检测模块设置在对应所述第一前轮结构的第一检测位，所述第二霍尔检测模块设置在对应所述第二前轮结构的第二检测位，所述加速度检测模块设置在所述第一后轮结构和所述第二后轮结构之间；

当所述第一前轮结构的伸缩量达到所述第一霍尔检测模块的触发值时，所述第一霍尔检测模块被触发；当所述第二前轮结构的伸缩量达到所述第二霍尔检测模块的触发值时，所述第二霍尔检测模块被触发；当所述第一霍尔检测模块和所述第二霍尔检测模块均被触发时，则判定所述割草机器人处于异常姿态；

当所述加速度检测模块检测到所述割草机器人的倾角大于最大倾角时，则判定所述割草机器人处于所述异常姿态。

在一实施方式中，所述第一霍尔检测模块包括第一霍尔传感器、第一隔离电容和第一瞬态抑制单元；

所述第一霍尔传感器的第一引脚与所述第一隔离电容的第一端电连接，所述第一霍尔传感器的第二引脚用于当所述第一霍尔检测模块被触发时输出第一触发信号，所述第一霍尔传感器的第三引脚接地；

所述第一隔离电容的第一端与低压电源电连接，所述第一隔离电容的第二端接地；

所述第一瞬态抑制单元的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第一瞬态抑制单元的第二端接地。

在一实施方式中，所述第一霍尔检测模块还包括第三隔离电容；

所述第三隔离电容的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第三隔离电容的第二端接地。

在一实施方式中，所述第一霍尔检测模块还包括第一电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第一电阻的第二端与所述第三隔离电容的第一端电连接。

在一实施方式中，所述第二霍尔检测模块包括第二霍尔传感器、第二隔离电容和第二瞬态抑制单元；

所述第二霍尔传感器的第一引脚与所述第二隔离电容的第一端电连接，所述第二霍尔传感器的第二引脚用于当所述第二霍尔检测模块被触发时输出第二触发信号，所述第二霍尔传感器的第三引脚接地；

所述第二隔离电容的第一端与低压电源电连接，所述第二隔离电容的第二端接地；

所述第二瞬态抑制单元的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第二瞬态抑制单元的第二端接地。

在一实施方式中，所述第二霍尔检测模块还包括第四隔离电容；

所述第四隔离电容的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第四隔离电容的第二端接地。

在一实施方式中，所述第二霍尔检测模块还包括第二电阻；

所述第二电阻的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第二电阻的第二端与所述第四隔离电容的第一端电连接。

在一实施方式中，所述加速度检测模块包括三轴加速度计、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述三轴加速度计的第一引脚接地，所述三轴加速度计的第二引脚与所述第五电阻的第一端电连接，所述三轴加速度计的第三引脚与低压电源电连接，所述三轴加速度计的第五引脚与所述第三电阻的第一端电连接，所述三轴加速度计的第十二引脚与所述第四电阻的第一端电连接；

所述第三电阻的第二端用于接入中断信号，所述第四电阻的第二端用于接入时钟信号，所述第五电阻的第二端用于接入数据信号。

在一实施方式中，所述加速度检测模块还包括第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第六电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第六电阻的第二端与所述第三电阻的第二端电连接；

所述第七电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第七电阻的第二端与所述第四电阻的第二端电连接；

所述第八电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第八电阻的第二端与所述第五电阻的第二端电连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种割草机器人，所述割草机器人包括如第一方面所述的异常姿态检测系统和控制器，所述控制器用于当所述割草机器人处于异常姿态时，控制所述割草机器人的刀盘停止运行。

上述本申请提供的异常姿态检测系统和割草机器人，融合了加速度检测和霍尔检测两种检测方式，其能够弥补加速度变化小或者霍尔未触发时，导致测量不准的缺陷，且能够检测多种情况导致的异常姿态，使设备抬起或倾倒检测更加可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的异常姿态检测系统；

图2为本申请实施例提供的第一霍尔传感模块的电路示意图；

图3为本申请实施例提供的第二霍尔传感模块的电路示意图；

图4为本申请实施例提供的加速度检测模块的电路示意图。

图标：110-第一前轮结构；120-第二前轮结构；130-第一后轮结构；140-第二后轮结构；300-加速度检测模块；210-第一霍尔检测模块；220-第二霍尔检测模块；U1-第一霍尔传感器；U2-第二霍尔传感器；U3-三轴加速度计；C1-第一隔离电容；D1-第一瞬态抑制单元；C2-第二隔离电容；D2-第二瞬态抑制单元；D3-第三隔离电容；D4-第四隔离电容；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

实施例1

在割草机器人的运行中，存在机身需要抬起，或倾倒、侧翻、爬坡等情况，而在这些情况中，若刀盘仍保持高速旋转状态，则会产生一定的风险，危及用户安全。

基于此，请参考图1，本申请实施例提供了一种异常姿态检测系统，应用于割草机器人，所述割草机器人包括第一前轮结构110、第二前轮结构120、第一后轮结构130和第二后轮结构140，其中，所述第一前轮结构110和所述第二前轮结构120上下可伸缩，所述第一后轮结构130和所述第二后轮结构140不可伸缩；

所述系统包括第一霍尔检测模块210、第二霍尔检测模块220和加速度检测模块300；所述第一霍尔检测模块210设置在对应所述第一前轮结构110的第一检测位，所述第二霍尔检测模块220设置在对应所述第二前轮结构120的第二检测位，所述加速度检测模块300设置在所述第一后轮结构130和所述第二后轮结构140之间；

当所述第一前轮结构110的伸缩量达到所述第一霍尔检测模块210的触发值时，所述第一霍尔检测模块210被触发；当所述第二前轮结构120的伸缩量达到所述第二霍尔检测模块220的触发值时，所述第二霍尔检测模块220被触发；当所述第一霍尔检测模块210和所述第二霍尔检测模块220均被触发时，则判定所述割草机器人处于异常姿态；

当所述加速度检测模块300检测到所述割草机器人的倾角大于最大倾角时，则判定所述割草机器人处于所述异常姿态。

请参见图1，图1为本申请提供的异常姿态检测系统的一俯视图，图1中标示的本体箭头方向为本申请提供的割草机器人运行时的前进方向。本申请所述的异常姿态包括抬起姿态、侧翻姿态等不属于机器人正常工作的姿态。

本申请提供的异常姿态检测系统主要分两个功能模块：霍尔检测模块(即第一霍尔检测模块210和第二霍尔检测模块220)及加速度检测模块300，霍尔检测模块应用于设备抬起检测，当设备抬起，可上下伸缩的前轮结构行程变化，配合磁铁触发霍尔传感器，输出触发信号给控制器，控制器确定所述割草机器人处于所述异常姿态。

加速度检测模块300应用于设备倾倒、侧翻或者坡度预警，通过检测设备倾角以判定姿态，超过限定的最大倾角，则触发控制器确定所述割草机器人处于所述异常姿态。

当确定所述割草机器人处于所述异常姿态，需要停止割草机器人刀盘的转动以及行走，避免造成事故。

具体的，以下将结合各模块的具体电路结构描述本申请提供的霍尔检测模块及加速度检测模块300的工作原理。

在一实施方式中，请参见图2，所述第一霍尔检测模块210包括第一霍尔传感器U1、第一隔离电容C1和第一瞬态抑制单元D1；

所述第一霍尔传感器U1的第一引脚与所述第一隔离电容C1的第一端电连接，所述第一霍尔传感器U1的第二引脚用于当所述第一霍尔检测模块210被触发时输出第一触发信号，所述第一霍尔传感器U1的第三引脚接地；

所述第一隔离电容C1的第一端与低压电源电连接，所述第一隔离电容C1的第二端接地；

所述第一瞬态抑制单元D1的第一端与所述第一霍尔传感器U1的第二引脚电连接，所述第一瞬态抑制单元D1的第二端接地。

第一霍尔检测模块210的核心元件为第一霍尔传感器U1，霍尔传感器是一种将磁场变化转化为电信号的传感器，通过霍尔效应来工作。

通常的，霍尔传感器中包含一个感应元件，通常是一块以霍尔效应为基础的半导体材料。当该感应元件处于磁场中时，磁场会使其产生电流，从而在感应元件的两侧产生电势差。通过测量这个电势差，就可以确定磁场的强度和方向。

在本实施方式中，割草机器人前轮结构上下可伸缩，正常放置时由于车身重量行程压缩最小，当抬起机器时前轮自然垂落，行程拉伸最大。通过在两个前轮支撑杆上分别放置磁铁，车身对应位置(即第一前轮结构对应的第一检测位和第二前轮结构对应的第二检测位)放置霍尔传感器，利用前轮的伸缩量产生霍尔效应，以触发霍尔传感器，就能够实现检测抬起的功能，第二霍尔检测模块220的原理与第一霍尔检测模块210的原理相同。当第一霍尔检测模块210和第二霍尔检测模块220同时被触发时，控制器就认定机器人处于抬起姿态，从而关停设备。

第一隔离电容D1用于隔离第一霍尔传感器U1的第一引脚和第三引脚，其中第一霍尔传感器U1的第一引脚用于接入低压电源(3.3V)，第三引脚用于接地，第二引脚用于向控制器输出信号HALL_OUT，以使机器人处于抬起姿态时，及时关停刀盘以及机器人。

在一实施方式中，所述第一霍尔检测模块210还包括第三隔离电容D3；

所述第三隔离电容D3的第一端与所述第一霍尔传感器U1的第二引脚电连接，所述第三隔离电容D3的第二端接地。

第一瞬态抑制单元D1包括瞬态抑制二极管(Transient Voltage SuppressionDiode,TVSDiode)，瞬态抑制二极管是用来保护电路中其他元件免受瞬态过电压影响的一种元件。示例性的，本实施例采用了两个瞬态抑制二极管反向串联的形式。

当电路中出现突然的瞬态过电压时，其他电子元件可能会遭受损坏。瞬态抑制二极管能够在这种情况下迅速将过电压转移到地，将过大电压保持在安全水平，避免损害其他元件。

此外，瞬态抑制二极管是一种双向导通的元件，可以在正向和反向的过电压情况下都起到保护作用。本申请提供的第一瞬态抑制单元D1同样可以起到该效果，能够有效保护霍尔传感器以及其他电容、电阻免受来自瞬态过电压的损害。

在一实施方式中，所述第一霍尔检测模块210还包括第一电阻R1；

所述第一电阻R1的第一端与所述第一霍尔传感器U1的第二引脚电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第三隔离电容D3的第一端电连接。

第一电阻R1和第三隔离电容C3构成了一组滤波网络，能够对输入以及输出的信号进行滤波处理，以去除不需要的频率成分或者衰减干扰信号。

在一实施方式中，请参见图3，所述第二霍尔检测模块220包括第二霍尔传感器U2、第二隔离电容C2和第二瞬态抑制单元D2；

所述第二霍尔传感器U2的第一引脚与所述第二隔离电容C2的第一端电连接，所述第二霍尔传感器U2的第二引脚用于当所述第二霍尔检测模块220被触发时输出第二触发信号，所述第二霍尔传感器U2的第三引脚接地；

所述第二隔离电容C2的第一端与低压电源电连接，所述第二隔离电容C2的第二端接地；

所述第二瞬态抑制单元D2的第一端与所述第二霍尔传感器U2的第二引脚电连接，所述第二瞬态抑制单元D2的第二端接地。

在一实施方式中，所述第二霍尔检测模块220还包括第四隔离电容D4；

所述第四隔离电容D4的第一端与所述第二霍尔传感器U2的第二引脚电连接，所述第四隔离电容D4的第二端接地。

在一实施方式中，所述第二霍尔检测模块220还包括第二电阻R2；

所述第二电阻R2的第一端与所述第二霍尔传感器U2的第二引脚电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第四隔离电容D4的第一端电连接。

第二霍尔检测模块220的结构与第一霍尔检测模块210相同，其作用也与第一霍尔检测模块210相同，故为避免重复，在此不再赘述。

在一实施方式中，请参见图4，所述加速度检测模块300包括三轴加速度计U3、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；

所述三轴加速度计U3的第一引脚接地，所述三轴加速度计U3的第二引脚与所述第五电阻R5的第一端电连接，所述三轴加速度计U3的第三引脚与低压电源电连接，所述三轴加速度计U3的第五引脚与所述第三电阻R3的第一端电连接，所述三轴加速度计U3的第十二引脚与所述第四电阻R4的第一端电连接；

所述第三电阻R3的第二端用于接入中断信号，所述第四电阻R4的第二端用于接入时钟信号，所述第五电阻R5的第二端用于接入数据信号。

在一实施方式中，所述加速度检测模块300还包括第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

所述第六电阻R6的第一端与所述低压电源电连接，所述第六电阻R6的第二端与所述第三电阻R3的第二端电连接；

所述第七电阻R7的第一端与所述低压电源电连接，所述第七电阻R7的第二端与所述第四电阻R4的第二端电连接；

所述第八电阻R8的第一端与所述低压电源电连接，所述第八电阻R8的第二端与所述第五电阻R5的第二端电连接。

加速度检测模块300的工作原理为：

因为后轮结构不可伸缩，故采用三轴加速度计U3来测量机器倾角。三轴加速度计是一种传感器，用于测量物体在三个互相垂直的轴(通常是x、y和z轴)方向上的加速度。其原理是利用重力矢量及其在加速度计轴上的投影来确定机器人的倾斜角度。为了避免爬坡等情况造成的误判，需要预先设定一个角度为机器允许的最大倾角，超过该角度时判定机器被抬起或者倾倒，此时控制器读取到加速度计异常倾角时的数据，会终止电机输出，设备停止。

此外，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8共同起到了对三轴加速度计U3的滤波和保护作用。图4中的ACCL_INT_N表示三轴加速度计U3的第五引脚INTN输出的中断信号，中断信号允许控制器在处理某个任务的同时，对其他优先级更高的事件进行响应；ACCL_INT2CO_SCL表示三轴加速度计U3的第十二引脚SCL输出的时钟信号，时钟信号用于同步控制器内部各个模块操作的信号；ACCL_INT2CO_SDA表示三轴加速度计U3的第二引脚SDA输出的数据信号。

综上，本申请融合了加速度检测和霍尔检测两种检测方式，其能够弥补加速度变化小或者霍尔未触发时，导致测量不准的缺陷，且能够检测多种情况导致的异常姿态，使设备抬起或倾倒检测更加可靠。本申请切实保障了割草机应用场景中的功能安全，提高产品安全性，极大提升了用户体验。

实施例2

本实施例提供了一种割草机器人，所述割草机器人包括如实施例1所述的异常姿态检测系统和控制器，所述控制器用于当所述割草机器人处于异常姿态时，控制所述割草机器人的刀盘停止运行。

示例性的，所述控制器可以为MCU等单片机。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种异常姿态检测系统，其特征在于，应用于割草机器人，所述割草机器人包括第一前轮结构、第二前轮结构、第一后轮结构和第二后轮结构，其中，所述第一前轮结构和所述第二前轮结构上下可伸缩，所述第一后轮结构和所述第二后轮结构不可伸缩；

所述系统包括第一霍尔检测模块、第二霍尔检测模块和加速度检测模块；所述第一霍尔检测模块设置在对应所述第一前轮结构的第一检测位，所述第二霍尔检测模块设置在对应所述第二前轮结构的第二检测位，所述加速度检测模块设置在所述第一后轮结构和所述第二后轮结构之间；

当所述第一前轮结构的伸缩量达到所述第一霍尔检测模块的触发值时，所述第一霍尔检测模块被触发；当所述第二前轮结构的伸缩量达到所述第二霍尔检测模块的触发值时，所述第二霍尔检测模块被触发；当所述第一霍尔检测模块和所述第二霍尔检测模块均被触发时，则判定所述割草机器人处于异常姿态；

当所述加速度检测模块检测到所述割草机器人的倾角大于最大倾角时，则判定所述割草机器人处于所述异常姿态。

2.根据权利要求1所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第一霍尔检测模块包括第一霍尔传感器、第一隔离电容和第一瞬态抑制单元；

所述第一霍尔传感器的第一引脚与所述第一隔离电容的第一端电连接，所述第一霍尔传感器的第二引脚用于当所述第一霍尔检测模块被触发时输出第一触发信号，所述第一霍尔传感器的第三引脚接地；

所述第一隔离电容的第一端与低压电源电连接，所述第一隔离电容的第二端接地；

所述第一瞬态抑制单元的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第一瞬态抑制单元的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第一霍尔检测模块还包括第三隔离电容；

所述第三隔离电容的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第三隔离电容的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第一霍尔检测模块还包括第一电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第一电阻的第二端与所述第三隔离电容的第一端电连接。

5.根据权利要求1所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第二霍尔检测模块包括第二霍尔传感器、第二隔离电容和第二瞬态抑制单元；

所述第二霍尔传感器的第一引脚与所述第二隔离电容的第一端电连接，所述第二霍尔传感器的第二引脚用于当所述第二霍尔检测模块被触发时输出第二触发信号，所述第二霍尔传感器的第三引脚接地；

所述第二隔离电容的第一端与低压电源电连接，所述第二隔离电容的第二端接地；

所述第二瞬态抑制单元的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第二瞬态抑制单元的第二端接地。

6.根据权利要求5所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第二霍尔检测模块还包括第四隔离电容；

所述第四隔离电容的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第四隔离电容的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述第二霍尔检测模块还包括第二电阻；

所述第二电阻的第一端与所述第二霍尔传感器的第二引脚电连接，所述第二电阻的第二端与所述第四隔离电容的第一端电连接。

8.根据权利要求1所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述加速度检测模块包括三轴加速度计、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述三轴加速度计的第一引脚接地，所述三轴加速度计的第二引脚与所述第五电阻的第一端电连接，所述三轴加速度计的第三引脚与低压电源电连接，所述三轴加速度计的第五引脚与所述第三电阻的第一端电连接，所述三轴加速度计的第十二引脚与所述第四电阻的第一端电连接；

所述第三电阻的第二端用于接入中断信号，所述第四电阻的第二端用于接入时钟信号，所述第五电阻的第二端用于接入数据信号。

9.根据权利要求8所述的异常姿态检测系统，其特征在于，所述加速度检测模块还包括第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第六电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第六电阻的第二端与所述第三电阻的第二端电连接；

所述第七电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第七电阻的第二端与所述第四电阻的第二端电连接；

所述第八电阻的第一端与所述低压电源电连接，所述第八电阻的第二端与所述第五电阻的第二端电连接。

10.一种割草机器人，其特征在于，所述割草机器人包括如权利要求1-9任一项所述的异常姿态检测系统和控制器，所述控制器用于当所述割草机器人处于异常姿态时，控制所述割草机器人的刀盘停止运行。